Средства измерения вибрации

При измерении параметров вибрации используют два метода измерения: кинематический и динамический.

Кинематический метод заключается в том, что измеряют координаты точек объекта относительно выбранной неподвижной системы координат. Измерительные преобразователи, основанные на этом методе измерения, называют преобразователями относительной вибрации.

Динамический метод основан на том, что параметры вибрации измеряют относительно искусственной неподвижной системы отсчета, в большинстве случаев инерционного элемента, связанного с объектом через упругий подвес. Такие приборы называют преобразователями абсолютной вибрации, чаще сейсмическими системами.

Измерительные преобразователи вибрации основаны на различных физических принципах преобразования механических колебаний в электрический сигнал.

Измерительные преобразователи механических колебаний в электрический сигнал:

1. Преобразователи абсолютной вибрации:

генераторные:

• пьезоэлектрические;

• индукционные;

• на основе эффекта Холла;

параметрические:

• резистивные;

• пьезорезистивные;

• индуктивные;

• трансформаторные;

• магнитоупругие;

• емкостные;

• электронно-механические;

• вибрационно-частотные;

• предельно контактные;

• импедансные.

2. Бесконтактные измерители относительной вибрации:

• магнитные;

• радиоволновые;

• электромагнитные;

• акустические;

• радиационные;

• оптические.

В бесконтактных измерителях реализуют кинематический метод измерения параметров относительной вибрации, используя оптические, радиоволновые и др. электромагнитные поля. Среди них наибольшее применение в вибродиагностике нашли оптические методы и средства измерения параметров вибрации, которые по способу выделения информации об измеряемом параметре делят на амплитудные и частотные. К амплитудным методам измерений относят фотоэлектронные, дифракционные и интерференционные методы измерения, а также методы с использованием пространственной модуляции светового потока.

Измерение параметров вибрации, основанное на измерении частоты излучения оптического квантового генератора, отраженного от объекта, проводят измерительными устройствами, действие которых основано на использовании эффекта Допплера.

Преобразователи абсолютной вибрации в электрический сигнал делят на два класса: генераторные, преобразующие энергию механических колебаний в электрическую; параметрические, преобразующие механические колебания в изменение параметров электрических цепей, например индуктивности, емкости, активного сопротивления, частоты или сдвига фаз и т.д.

Для вибродиагностики машин и механизмов используют в основном пьезоэлектрические и электродинамические преобразователи, относящиеся к генераторным, а также индуктивные, вихретоковые и емкостные, относящиеся к параметрическим.

Пьезоэлектрические преобразователи применяют для измерения параметров абсолютных колебаний невращающихся частей механизмов. Пьезоэлектрические преобразователи обладают высокими метрологическими параметрами, широким амплитудным и частотным диапазоном, простотой конструкций, высокой надежностью и сравнительно низкой стоимостью. Основными недостатками пьезоэлектрических преобразователей являются высокое выходное сопротивление и низкая помехозащищенность. В значительно меньшей степени эти недостатки свойственны пьезоэлектрическим преобразователям, относящимся к классу параметрических преобразователей.

Электродинамическиепреобразователи применяют для измерения параметров вибрации в частотном диапазоне 1 Гц ... 2 кГц.

Электродинамический преобразователь содержит магнитную систему, в зазоре которой расположена катушка с проводом. Обычно магнитная система закреплена на основании, а катушка жестко соединена с сейсмической массой.

К преимуществам электродинамических вибродатчиков следует отнести большой амплитудный диапазон, низкое выходное сопротивление и возможность передачи сигналов по длинной линии связи.

ТЕЛЕМЕТРИЯ, техника измерений на расстоянии. Телеметрия позволяет удовлетворить весьма важную потребность ученого, инженера, медицинского эксперта или иного пользователя в данных об удаленных объектах.

Области применения. В качестве одного из важных применений телеметрии можно назвать летные испытания новой модели самолета или другого летательного аппарата. Для оценки работоспособности конструкции и летных характеристик самолета нужно измерять расход топлива, характеристики работы двигателей, механические нагрузки, испытываемые фюзеляжем и крыльями, вибрации и температуры критически важных элементов летательного аппарата, параметры электронного оборудования самолета, траекторные данные. Средства телеметрии следят за измерениями во множестве точек, число которых составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч, и предоставляют результаты измерений конструкторам на их наземные компьютеры или дисплейные терминалы.

Некоторые зоны электроэнергетических установок и станций (особенно атомных) небезопасны для людей; вместе с тем параметры их рабочих режимов (такие, как температура, давление, расход охладителя) имеют критически важное значение для оценки режима работы и безопасности станции. Средства телеметрии в таких системах непрерывно следят за режимом работы и передают результаты измерений на дисплейные терминалы операторов станции.

Измерительные преобразователи.

Результаты непосредственных измерений (температуры, давления, нагрузки, ускорения и т.д.) преобразуются в пропорциональное электрическое напряжение. К числу часто применяемых датчиков относятся датчики (преобразователи) давления и расхода, термопары, термометры сопротивления, мосты и потенциометры. В типичную телеметрическую систему входит несколько разновидностей формирователей сигналов, каждый из которых используется для преобразования выходного сигнала того или иного конкретного преобразователя в стандартный сигнал напряжения от 5 до 10 В.

Мультиплексор. Система телеметрии воспринимает и ретранслирует электрические сигналы от многих датчиков одновременно благодаря процессу уплотнения данных, называемому мультиплексированием. В стандарте IRIG приняты три способа уплотнения данных: амплитудно-импульсная модуляция (АИМ), частотная модуляция (ЧМ) и импульсно-кодовая модуляция (ИКМ). ИКМ до сих пор является наиболее распространенной благодаря характерной для нее низкой вероятности ошибок (обычно менее 0,25% для любого измерения). ИКМ-система преобразует результат каждого измерения, выраженный аналоговым значением напряжения, в приемлемое для компьютера цифровое значение.

Радиопередача и радиоприем. Приемная антенна обычно представляет собой устройство автоматического слежения, которое принимает сигнал телеметрии и непрерывно сопровождает его источник, пользуясь информацией от радиоприемника, связанного с контролируемым объектом.